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具有更宽检测带宽的石墨烯电荷注入光电探测器
2022年06月13日    阅读量:     新闻来源:中国化工网 okmart.com  |  投稿

光电探测器是能够检测光或其他形式电磁辐射的传感器,是市场上成像工具、通信系统和各种其他技术的基本组件。这些传感器通过将光子(即轻粒子)转换为电流来工作。

浙江大学的研究人员最近开发了一种新的光电探测器,可以在更宽的带宽内检测光。他们的设备发表在《自然电子》(Nature Electronics)上的一篇论文中,可以用来开发新的、更先进的成像技术。

“我们最近的项目是基于传统的电荷耦合器件(CCD)和互补金属氧化物半导体(CMOS)成像技术,”杨旭教授告诉TechXplore,他是开展这项研究的研究员之一。“我们的新型成像器件结合了CCD的高灵敏度MOS光电门和CMOS的独立像素结构,可以显著提高单片集成、性能和读出。”

通常,基于硅(Si)的CCD和CMOS成像仪由于其固有的带隙吸收极限,只能检测可见光范围内的光。Xu和他的同事们通过将石墨烯加入到光电探测器中,拓宽了光的带宽。

“我们的目标是提高硅基图像传感器的响应度和光谱性能,”徐解释道。“首先,我们在硅和多层石墨烯(MLG)之间形成了肖特基结,其中MLG中的红外光诱导热空穴在Vg电场下通过光热电子(PTI)发射注入到硅(n型)中。其次,我们在电压脉冲下在SiO2/Si界面形成了一个深耗尽阱,存储和积分光电荷。”

最终,研究人员将单层石墨烯(SLG)放置在设备的氧化物顶部。该层最终允许光电探测器通过石墨烯强场引起的光电门效应,直接且非破坏性地读出存储在深耗尽阱中的载流子。

徐说:“我们提出的器件设计实现了深度耗尽势阱中电荷的现场像素级读出,避免了传统CCD器件中的顺序电荷转移。”。“此外,我们通过在器件底部集成MLG电荷注入路径,将检测带宽扩展到红外。”

在最初的测试中,徐和他的同事发现,他们的光电探测器的检测带宽比传统的硅基器件要宽得多,硅基器件通常只检测可见波长的光。由于该器件集成了读出通道SLG、硅基深耗尽阱和电荷注入层(MLG),因此该器件对于高密度集成的成像应用可能特别有价值。

“我们的论文解决了两个关键问题,用直接读出代替顺序电荷转移,简化了体系结构和数据处理,同时通过红外电荷注入扩大了对红外的响应范围,”徐说。“我还要感谢我们的合作者,曹高教授、段向峰教授、王晓木教授、陶菲克·哈桑教授、孙志培教授和俞斌教授,感谢他们做出的重大贡献。”

未来,该研究团队开发的光电探测器可用于开发宽带图像融合、计算机视觉、机器人和各种其他应用的成像设备。在他们的论文中,徐和他的同事还简要概述了一系列设计电路的建议,这些电路可以使他们的设备与新的或现有的技术集成。

“在接下来的研究中,我们将更深入地关注设备的集成,”徐补充道。“我们的设备可以通过在势阱中存储光诱导载流子来执行像素信息存储功能。这与可调响应度相结合,可能对构建神经形态设备具有潜在价值。”

漏 2022科学X网络

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